基于BIM的裝配式建筑智慧化管理體系研究

張玉青，王如華，王玉，劉凱英，李貝貝

（菏澤職業(yè)學(xué)院）

1 引言

利用新技術(shù)進(jìn)行裝配式建筑的質(zhì)量保證，如利用BIM技術(shù)手段進(jìn)行裝配式建筑施工管理，但是從BIM的管理角度進(jìn)行裝配式建筑質(zhì)量管理的研究相對(duì)較少，還有待進(jìn)一步研究。將BIM在工程項(xiàng)目管理上的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)結(jié)合裝配式建筑。由于項(xiàng)目管理產(chǎn)業(yè)鏈拉長(zhǎng)、構(gòu)件眾多、管理復(fù)雜等造成質(zhì)量管理困難的實(shí)際情況，對(duì)裝配式建筑施工質(zhì)量管理進(jìn)行了研究，為裝配式建筑的質(zhì)量管理開(kāi)辟新的思路?？刂蒲b配整體式框架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，將建筑信息模型引入裝配式建筑全過(guò)程，構(gòu)建裝配式建筑全壽命周期的應(yīng)用架構(gòu)，有機(jī)聯(lián)合裝配式建筑各管理階段，對(duì)具體項(xiàng)目的實(shí)施情況進(jìn)行介紹，提高建筑信息模型與裝配式建筑的適用性。通過(guò)RFID系統(tǒng)（Radio Frequency Identification）技術(shù)，對(duì)構(gòu)配件信息進(jìn)行追蹤和檢索，構(gòu)建建筑構(gòu)配件和材料的基礎(chǔ)信息庫(kù)，使構(gòu)配件在項(xiàng)目不同階段都能有效進(jìn)行，從而整合出裝配式建筑管理流程[1]。在以上理論的基礎(chǔ)上，提出基于BIM的裝配式建筑智慧化管理體系，為建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2 BIM技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

BIM是一個(gè)過(guò)程，是一個(gè)不斷收集信息并將信息視覺(jué)化的一個(gè)過(guò)程。建立了一個(gè)便于收集信息并將信息加以展示的平臺(tái)，具有模型三維可視化、信息收集動(dòng)態(tài)化、管理工作協(xié)同性等特點(diǎn)。

2.1 BIM技術(shù)可明確質(zhì)量責(zé)任追溯

BIM與裝配式建筑都是基于構(gòu)件的體系，將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的質(zhì)量管理中有著巨大的管理優(yōu)勢(shì)。BIM技術(shù)在裝配式建筑施工應(yīng)用過(guò)程中充分與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，將施工過(guò)程中用到的物料、構(gòu)配件等質(zhì)量信息，通過(guò)RIFD等傳感器或二維碼等，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行追蹤、記錄和分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，減少了人為干預(yù)造成的質(zhì)量問(wèn)題，增強(qiáng)了質(zhì)量信息的可追溯性，明確質(zhì)量責(zé)任。

在BIM信息庫(kù)中提取信息結(jié)果，明確裝配式建筑施工項(xiàng)目的管理思路。針對(duì)裝配式建筑存在制造工廠與裝配現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)兩個(gè)工作場(chǎng)地的資源進(jìn)行充分整合，協(xié)同管理裝配式建筑的各個(gè)參與方，確保施工過(guò)程的管理信息流暢，其BIM管理實(shí)施流程如圖1所示。

如圖1所示，使建筑施工方案與BIM技術(shù)緊密聯(lián)系，構(gòu)建建筑相關(guān)結(jié)構(gòu)的三維動(dòng)態(tài)模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理擬施工項(xiàng)目預(yù)期存在的問(wèn)題，對(duì)施工項(xiàng)目進(jìn)行可視化操作，選擇效益高且成本可靠的施工組織方案，調(diào)取建筑基本信息和主要施工技術(shù)方案，提升建筑工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)水平，保證建筑工程按照預(yù)期進(jìn)度完工。

1）前期審核階段

以三維模型為載體進(jìn)行信息化管理，三維轉(zhuǎn)換裝配式建筑的二維圖紙，整合管線、建筑和結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建項(xiàng)目運(yùn)行保障機(jī)制，結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況，模擬建筑施工作業(yè)全過(guò)程，提升項(xiàng)目整體運(yùn)行服務(wù)能力，同時(shí)控制施工中的重點(diǎn)內(nèi)容。利用BIM搭建建筑的基本結(jié)構(gòu)，碰撞試驗(yàn)檢測(cè)成功后，對(duì)施工圖進(jìn)行審核，及時(shí)修正模型不合理處和不規(guī)范處。

2）實(shí)時(shí)調(diào)整和優(yōu)化階段

審核無(wú)誤后，將模型傳遞給施工單位，構(gòu)建建筑構(gòu)配件信息庫(kù)，精確匹配信息庫(kù)中的構(gòu)配件模型與實(shí)際使用模型，使模型誤差在允許范圍內(nèi)，并將模型信息下發(fā)到構(gòu)配件制造工廠，集成管理施工現(xiàn)場(chǎng)和制造工廠的裝配進(jìn)度和生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)對(duì)兩地的成本、質(zhì)量和安全進(jìn)行多重整合[3]。利用BIM模型整合施工組織方案與構(gòu)配件生產(chǎn)計(jì)劃，指導(dǎo)裝配式建筑的實(shí)際生產(chǎn)施工，將合理的施工方案提供給管理方，通過(guò)搭建的BIM信息構(gòu)架，使施工現(xiàn)場(chǎng)的管理方隨時(shí)查看相關(guān)信息，及時(shí)進(jìn)行信息反饋工作，實(shí)時(shí)調(diào)整并優(yōu)化施工計(jì)劃。

3）模擬階段

最后根據(jù)形成的模型，模擬出實(shí)際的裝配過(guò)程，使交付模型與竣工圖紙一致，規(guī)劃建筑工程的工期、人力和機(jī)械，輸出運(yùn)輸物流計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)裝配模擬、工程量統(tǒng)計(jì)以及材料管理等成果，將其作為建筑實(shí)際施工生產(chǎn)的管理依據(jù)。至此確定了裝配式建筑施工項(xiàng)目的管理模式。

圖1 裝配式施工項(xiàng)目的BIM管理實(shí)施流程

表1 基于BIM的裝配式建筑管理信息數(shù)據(jù)

2.2 BIM技術(shù)提升了裝配式建筑管理的效率

在裝配式建筑的施工階段，深入分析BIM技術(shù)的應(yīng)用途徑，將使用主體從設(shè)計(jì)方轉(zhuǎn)向施工方，升級(jí)施工項(xiàng)目的運(yùn)行維護(hù)方式，綜合對(duì)比設(shè)計(jì)方案與施工效果圖，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工結(jié)果比對(duì)，使項(xiàng)目施工與設(shè)計(jì)圖紙相一致，構(gòu)建BIM技術(shù)應(yīng)用環(huán)境，提升建筑管理過(guò)程的智能化與信息化程度，強(qiáng)化施工階段的管理控制[2]。管理人員應(yīng)整理建筑材料采購(gòu)時(shí)間，相關(guān)設(shè)備、物料以及供應(yīng)商信息，并將其錄入到BIM建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)中，為建筑施工技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

當(dāng)建筑現(xiàn)場(chǎng)施工變更時(shí)，更新BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的管理數(shù)據(jù)，重新獲取施工相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建新的建筑施工模型。在裝配式建筑的運(yùn)行維護(hù)階段，通過(guò)三維動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)，收集建筑相關(guān)位置和尺寸信息參數(shù)，通過(guò)建筑模型體現(xiàn)裝配式建筑中。管線布局、施工技術(shù)和材料信息的使用標(biāo)準(zhǔn)，有序開(kāi)展信息化管理工作。使建設(shè)單位從投資建造變成管理服務(wù)角色，得到成本管理信息和質(zhì)量管理信息，包括設(shè)備維修保養(yǎng)費(fèi)及清潔費(fèi)等。將所有階段的建筑信息進(jìn)行錄入，至此完成BIM基礎(chǔ)信息構(gòu)架的構(gòu)建。

2.3 BIM技術(shù)可以增加裝配式建筑的管理功能

在裝配式建筑施工完畢的基礎(chǔ)上，增加其管理功能，全面管理建筑的運(yùn)維階段。利用BIM基礎(chǔ)信息構(gòu)架，描述建筑的幾何信息和非幾何信息，具體如表1所示。

將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備看作智能管理的重要組成部分，將各類傳感器和儀表器看作智能管理的信息源，控制裝配式建筑的相關(guān)結(jié)構(gòu)，獲取BIM模型的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為管理者提供相關(guān)的數(shù)據(jù)信息資料，有序展開(kāi)建筑的管理工作。

3 BIM在裝配式建筑管理中的應(yīng)用

以某寫(xiě)字樓作為待驗(yàn)證的裝配式建筑項(xiàng)目，建筑面積24837.17㎡，整體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻。全樓共165間辦公室，項(xiàng)目1層為辦公樓大堂，其余為寫(xiě)字樓標(biāo)準(zhǔn)間，單層面積為90㎡～200㎡之間。標(biāo)準(zhǔn)層面積為1600㎡～2000㎡之間，配套設(shè)施為上下水、消防自動(dòng)噴淋、電梯、通信電力、多聯(lián)機(jī)空調(diào)、配套停車位等。

3.1 基于BIM技術(shù)采集寫(xiě)字樓管理信息

設(shè)計(jì)BIM裝配式建筑信息模型如圖2所示。

1）房屋空間方面

對(duì)時(shí)間軸和表1中的基于BIM的裝配式建筑管理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行智慧化管理，為寫(xiě)字樓空間屬性信息可視化提供支持，實(shí)現(xiàn)寫(xiě)字樓空間信息的生命周期管理，使管理者獲取不同日期中，維修運(yùn)營(yíng)、保養(yǎng)改造及屬性信息的變化。構(gòu)建統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)編碼字典，建立全覆蓋的空間信息，對(duì)寫(xiě)字樓空間分布進(jìn)行合理配置，進(jìn)而提升寫(xiě)字樓資產(chǎn)的使用效率。房屋改造過(guò)程中，可以對(duì)BIM模型的錄入數(shù)據(jù)進(jìn)行自行編輯，支持對(duì)應(yīng)的改造圖形化操作，自動(dòng)獲取建筑空間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2）設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方面

以寫(xiě)字樓整體為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)寫(xiě)字樓的配電排水和電梯暖通進(jìn)行集中設(shè)備運(yùn)行，并建設(shè)集中設(shè)備監(jiān)測(cè)中心，重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備運(yùn)行安全，劃分重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和綜合告警，并利用BIM模型，對(duì)設(shè)備的監(jiān)控告警信息進(jìn)行可視化展示，使管理者實(shí)時(shí)獲取各設(shè)備的運(yùn)行狀況。

圖2 BIM裝配式建筑信息模型

圖3 基于BIM的寫(xiě)字樓管理體系

3）管道運(yùn)維方面

通過(guò)BIM的信息存儲(chǔ)功能，對(duì)管道狀態(tài)進(jìn)行隨時(shí)跟蹤，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)、事故排查、區(qū)域的管道控制節(jié)點(diǎn)三維可視化，精確定位地下和墻體內(nèi)管線的具體位置，并對(duì)定位位置進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)分類管理管線的屬性、壽命周期和材質(zhì)類別。

4）安全與應(yīng)急方面

將BIM空間作為信息集成的基礎(chǔ)，整合監(jiān)控消防、門禁巡更、設(shè)備安全報(bào)警，最大限度關(guān)聯(lián)寫(xiě)字樓空間位置與報(bào)警信號(hào)，當(dāng)監(jiān)控報(bào)警時(shí)，調(diào)取BIM三維場(chǎng)景和相應(yīng)的視頻信號(hào)，自動(dòng)匹配位置信息。管理者通過(guò)觀察BIM寫(xiě)字樓模型，全面掌控寫(xiě)字樓管理運(yùn)維中存在的問(wèn)題，從而提高寫(xiě)字樓管理效率。

3.2 施工前指導(dǎo)性管理

基于上述采集的房屋空間、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、管道運(yùn)維安全與應(yīng)急方面的信息，設(shè)計(jì)該寫(xiě)字樓施工前管理過(guò)程，在BIM建筑模型中填充非幾何信息數(shù)據(jù)，創(chuàng)建對(duì)于經(jīng)營(yíng)者、客戶、管理者和服務(wù)維護(hù)單位的綜合管理平臺(tái)。搭建三維模擬建筑整體實(shí)景模型，建立基于BIM技術(shù)的操作平臺(tái)，具體如圖3所示。

該寫(xiě)字樓項(xiàng)目以BIM模型為基礎(chǔ)，獲取建筑設(shè)計(jì)施工階段的結(jié)構(gòu)圖紙、相關(guān)行政備案信息、給排水圖紙、消防設(shè)施設(shè)備圖紙、建筑圖紙以及資產(chǎn)權(quán)屬證明等資料，將其轉(zhuǎn)換為建筑數(shù)字化的電子信息，直接儲(chǔ)存建筑主要功能信息。

利用儲(chǔ)存信息避免工作界面的重復(fù)工作，結(jié)合后期營(yíng)運(yùn)的實(shí)際使用情況，以房間為單位，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、調(diào)閱和查看，統(tǒng)一管理部門，對(duì)寫(xiě)字樓數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，包括寫(xiě)字樓體量占比、區(qū)域內(nèi)的寫(xiě)字樓出房率等。

利用IBM模型導(dǎo)入寫(xiě)字樓竣工圖，當(dāng)客戶對(duì)寫(xiě)字樓單間提出要求時(shí)，管理者根據(jù)場(chǎng)地情況和特點(diǎn)進(jìn)行管理，為客戶推薦符合要求的選址，且管理者可以隨時(shí)提取項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)建筑運(yùn)營(yíng)情況和設(shè)備老化程度進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，通過(guò)BIM的模擬實(shí)景，分別查找房間區(qū)域的空間信息，及時(shí)更新房間的已租空置信息，和客戶的合同履約情況。

3.3 施工過(guò)程管理

施工過(guò)程管理，指項(xiàng)目在開(kāi)始生產(chǎn)施工的過(guò)程中，對(duì)施工過(guò)程中的人和事以及物料進(jìn)行管理。裝配式建筑的施工過(guò)程存在著兩個(gè)施工場(chǎng)所，一個(gè)是構(gòu)件的生產(chǎn)場(chǎng)所——制造工廠，一個(gè)是構(gòu)件的裝配場(chǎng)所——施工現(xiàn)場(chǎng)。需要根據(jù)不同施工場(chǎng)所的特點(diǎn)有針對(duì)性制定適宜的質(zhì)量管理控制方法及流程。

在寫(xiě)字樓的多個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置傳感器，跟蹤記錄水電資源的消耗情況，自動(dòng)匯集資源的流量數(shù)據(jù)，通過(guò)BIM模型分析能耗，整合處理不合理的資源，制定科學(xué)的節(jié)能措施，及時(shí)更換資源能耗高的設(shè)備。針對(duì)監(jiān)控設(shè)備故障，管理者僅需要做監(jiān)管跟蹤和決策實(shí)施工作，在線記錄作業(yè)過(guò)程并存檔，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)紙辦公，降低了人力成本，避免交叉性的工作，實(shí)現(xiàn)寫(xiě)字樓各專業(yè)的有機(jī)統(tǒng)一管理。綜上所述，基于BIM的裝配式建筑智慧化管理體系，相比傳統(tǒng)管理體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠直觀感受建筑的幾何數(shù)據(jù)信息，降低設(shè)施設(shè)備管理過(guò)程的繁瑣復(fù)雜程度，提高資源使用率，加快建筑資產(chǎn)價(jià)值的回收。

4 結(jié)語(yǔ)

此次設(shè)計(jì)的裝配式建筑管理體系，充分發(fā)揮了BIM模型的數(shù)據(jù)管理優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效便捷的建筑管理工作。但此次設(shè)計(jì)體系仍存在一定不足，BIM距離客戶工作習(xí)慣有一定差異，在今后的研究中，會(huì)將BIM技術(shù)與大數(shù)據(jù)相結(jié)合，構(gòu)建數(shù)據(jù)指標(biāo)體系，使建筑管理工作得到更好的推廣。